用于电动汽车无线充电的电压源型ICPT系统最优电容补偿参数选择方法

电压源型感应耦合电能传输(ICPT)系统通常被用于电动汽车无线充电,该系统在采用串联电容补偿时,耦合系数较大会引起输出功率降低,工程实际中通常采用提高电压达到预期输出功率,但这对电源提出了更高要求且易引起过电流。为了解决这一问题,研究了串联电容补偿ICPT系统的补偿特性,得出了补偿电容值偏离谐振点后系统的工作特性,并利用非线性规划方法对电容参数进行优化,实现了在耦合系数较大确保ICPT系统输出功率的同时,使得系统效率下降幅度最小。利用一台3 kW无线充电样机验证了优化结果的有效性,结果表明当系统输出功率从1.2 kW提高至3 kW时,系统效率仅下降1.3%,且在偏移情况下利用电容切换仍能确保输出功率的同时系统效率不低于94%。

基于LCL-S型ICPT系统的恒流输出分析与控制

针对电动汽车无线充电的需求,提出了一种兼顾调控效果与传输效率的恒流控制方法。针对LCL-S型的磁耦合谐振无线电能传输系统建立模型,对其进行工作特性分析,进而根据副边电流输出特性及传输效率特性曲线确定了系统高效运行的频率区间,将此区间作为系统恒流工作的调频区。并对比各种功率控制方式的优缺点,进而提出了变频控制与移相调压相结合的恒流控制策略。实验设计了PI闭环控制程序,验证了负载变化时的恒流控制效果。实验表明该控制策略基本实现了无静差、无超调的快速响应控制。

基于改进遗传算法的TS-S型ICPT系统谐振参数优化

ICPT系统由于其特殊的结构形式,导致该系统漏电量大、传输效率低.针对此问题,提出采用改进遗传算法对系统谐振参数进行优化的解决方案.首先,建立了基于TS-S型补偿网络ICPT系统的非线性规划数学模型,并利用频率稳定性约束条件修正系统频率,保证系统稳定可靠;其次,运用快速非支配算法(nondominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II),引入拥挤度比较运算算子进行谐振参数优化,最终实现传输效率最大化.仿真实验结果表明,NSGA-II算法能够更好地突破局部最优解的局限性,快速找到系统的全局最优参数,优化系统的最高传输效率可达97.2%.

ICPT系统补偿拓扑结构的优化

此设计提出了ICPT系统更为优化的电容补偿拓扑方式:SPP型电容补偿。通过分析、数学计算以及仿真实验可知,SPP型电容补偿在不改变系统输出电压的前提下可提高系统的传输功率。

外部干扰下SP型ICPT系统的H_(∞)滤波器设计

对SP型ICPT系统在外部干扰下的H_(∞)滤波问题展开了研究。首先对SP型ICPT系统的电路拓扑进行研究并且以此创设了基于此电路拓扑的广义状态空间方程;然后通过滤波误差系统的渐近稳定判定条件求取H_(∞)滤波器的增益;最后通过实验仿真来验证本文所提出理论的准确性和可行性。

基于ICPT系统谐振频率跟踪方法的研究

首先对基于初次级串联补偿的ICPT系统拓扑模型进行分析,再研究输出功率与系统工作频率之间的关系,论述基于ICPT系统的谐振频率跟踪方法,最后通过实验分析,证明该方法的可行性与可靠性。

基于混杂自动机的多负载ICPT系统建模方法研究

多负载ICPT系统是由一个原边发射线圈与多个副边接收线圈构成的无线电能传输系统,能够为多个负载提供电能。由于系统中存在高频逆变电路,使得系统在离散状态与连续状态间不断转换,所以该系统为典型的混杂系统,而副边接收线圈之间的耦合关系又使得建立的模型不准确。针对上述问题,本文利用LCL-S型三负载ICPT系统模型,首先对副边线圈之间的互感进行解耦,然后确定系统的离散状态并对不同离散状态下的电路工作状态进行分析,建立其状态空间模型,最后利用混杂系统理论对其连续状态与离散状态之间的切换关系进行分析,建立了三负载ICPT系统的混杂自动机模型。通过Matlab/Simulink的Stateflow工具箱搭建了仿真模型,分析了在混杂自动机控制下三负载ICPT系统的稳定性及其传输特性。

用于电动汽车无线充电的电压源型ICPT系统

感应耦合电能传输ICPT(Inductively Coupled Power Transfer)系统由于可以实现电气隔离,具有安全便携的特点,在很多特殊领域可以发挥巨大作用,例如植入型医疗器械、水下特殊工作环境。同时,利用ICPT技术也可以实现较大的传输功率,可以用于电动汽车无线充电,解决目前电动汽车电池容量不足以及充电不便的问题。针对用于电动汽车充电等较大功率的ICPT系统,大部分的研究主要从设计线圈结构和补偿电路拓扑以及增设中继线圈等方式对ICPT系统进行优化,但应用最为广泛的补偿电路拓扑是串联串联(S-S)结构,其可使工作在谐振条件下的系统获得最高效率,并不讨论非谐振状态下的ICPT系统的运行性能。

LCC型感应耦合电能传输系统能效特性研究

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统的一、二次侧补偿问题,文章对一种具有恒流输出特性的LCC-S型谐振网络在ICPT系统中的应用进行研究。基于系统的互感耦合模型对谐振网络参数进行设计,实现系统的恒流输出;对系统的传输特性进行理论分析,研究品质因数Q对系统传输特性和元件应力的影响,得出Q值越大、系统的电流增益和输出功率越大的结论。通过Matlab仿真实验,验证了本文理论分析和谐振参数设计的正确性。

海洋浮标感应耦合电能传输系统频率分裂特性及最大功率点分析

为探究感应耦合电能传输(ICPT)系统中的频率偏移是否会对系统的最大输出功率产生影响,综合考虑线圈谐振频率、耦合系数,通过建立互感模型对基于海洋浮标的ICPT系统的频率分裂现象进行分析,选择输出功率作为重点研究对象,推导出在ICPT系统中输出功率与耦合系数,工作频率之间的关系表达式.通过数值分析研究耦合系数、工作频率对频率分裂影响的一般化关系,并通过实验验证其结论.结果表明:对线圈之间的耦合系数进行匹配,可以避免系统发生频率分裂,且在固有谐振频率处输出功率和效率达到最大值;若系统耦合系数固定,通过调整工作频率,可以使系统传输性能达到最优.